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JP2005260125A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2005260125A
JP2005260125A JP2004072321A JP2004072321A JP2005260125A JP 2005260125 A JP2005260125 A JP 2005260125A JP 2004072321 A JP2004072321 A JP 2004072321A JP 2004072321 A JP2004072321 A JP 2004072321A JP 2005260125 A JP2005260125 A JP 2005260125A
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insulating film
wiring
interlayer insulating
semiconductor device
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JP2004072321A
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Koji Watabe
浩司 渡部
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of improving the reliability of wiring and decreasing capacities between wirings and between layers. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the semiconductor device comprises steps of laminating a first interlayer insulating film 22 and a second interlayer insulating film 23 on a substrate 21 in this order, and applying treatments to the surface of the second film 23 and the surface of the wiring 28 using a neutral radical with a via 27 formed in a via hole 24 formed in the first film 22 and with the wiring 28 communicating to the via 27 formed in a trench 25 formed on the second film 23. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しくは、特に、酸化シリコンよりも誘電率の低い材料を層間絶縁膜に用いて多層配線構造を形成するのに好適な半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device suitable for forming a multilayer wiring structure using a material having a lower dielectric constant than silicon oxide for an interlayer insulating film.

近年、半導体集積回路装置(LSI)の高集積化に伴い、LSIの高速動作に関して配線プロセス技術が益々重要視されてきている。これは半導体素子の微細化により、配線遅延時間の増大が顕著になってきたためである。この配線遅延時間の増大を抑制するためには、配線抵抗および配線間容量、層間容量の低減が必要である。   In recent years, with the high integration of semiconductor integrated circuit devices (LSIs), wiring process technology has become increasingly important for high-speed operation of LSIs. This is because an increase in wiring delay time has become remarkable due to miniaturization of semiconductor elements. In order to suppress the increase in the wiring delay time, it is necessary to reduce the wiring resistance, the capacitance between the wirings, and the interlayer capacitance.

配線抵抗の低減については、従来用いられてきたアルミニウム合金配線と比較して、低抵抗である銅(Cu)配線が検討されている。また、配線間容量、層間容量の低減については、層間絶縁膜として従来用いられてきた酸化シリコンと比較して、誘電率の低い絶縁膜(低誘電率膜)が検討されており、Cu配線と低誘電率膜を用いた多層配線技術の導入が重要であると考えられている。   For reducing the wiring resistance, a copper (Cu) wiring having a low resistance compared to an aluminum alloy wiring conventionally used has been studied. In addition, with respect to the reduction of inter-wiring capacitance and inter-layer capacitance, an insulating film (low dielectric constant film) having a low dielectric constant compared to silicon oxide conventionally used as an inter-layer insulating film has been studied. Introduction of multilayer wiring technology using low dielectric constant films is considered important.

この多層配線技術としては、一般にCuのドライエッチングが容易でないことから、シングルダマシン法、デュアルダマシン法などのいわゆる溝配線法が有望視されている。   As this multilayer wiring technique, since Cu dry etching is generally not easy, so-called trench wiring methods such as a single damascene method and a dual damascene method are considered promising.

ここで、低誘電率膜を用いたCu配線構造をシングルダマシン法により製造した一例について、図4(a)を用いて説明する。まず、基板11上に、メチルシルセスキオキサン(Methyl Silsesquioxane(MSQ))からなる低誘電率膜12aを成膜し、低誘電率膜12a上に、酸化シリコン(SiO2)からなる保護膜12bを成膜する。これにより、低誘電率膜12aと保護膜12bの積層膜からなる層間絶縁膜12を基板11上に形成する。 Here, an example in which a Cu wiring structure using a low dielectric constant film is manufactured by a single damascene method will be described with reference to FIG. First, a low dielectric constant film 12a made of methyl silsesquioxane (MSQ) is formed on the substrate 11, and a protective film 12b made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the low dielectric constant film 12a. Is deposited. Thereby, an interlayer insulating film 12 composed of a laminated film of the low dielectric constant film 12 a and the protective film 12 b is formed on the substrate 11.

次に、この層間絶縁膜12に溝パターン13を形成し、この溝パターン13の内壁を覆う状態で、層間絶縁膜12上にバリア膜14を成膜する。その後、このバリア膜14が設けられた溝パターン13内を埋め込む状態で、層間絶縁膜12上にCuからなる導電性膜(図示省略)を成膜する。その後、化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing(CMP))法により、層間絶縁膜12の表面が露出するまで、導電性膜とバリア膜14を除去することで、溝パターン13内にバリア膜14を介して配線15を形成する。この際、保護膜12bはCMPのストッパーとして機能する。   Next, a groove pattern 13 is formed in the interlayer insulating film 12, and a barrier film 14 is formed on the interlayer insulating film 12 so as to cover the inner wall of the groove pattern 13. Thereafter, a conductive film (not shown) made of Cu is formed on the interlayer insulating film 12 in a state where the groove pattern 13 provided with the barrier film 14 is embedded. Thereafter, the conductive film and the barrier film 14 are removed by chemical mechanical polishing (CMP) until the surface of the interlayer insulating film 12 is exposed, whereby the barrier film 14 is formed in the groove pattern 13. Vias 15 are formed. At this time, the protective film 12b functions as a CMP stopper.

その後、配線15上を含む層間絶縁膜12上に、酸窒化シリコン(SiON)からなる拡散防止膜16を成膜するが、この拡散防止膜16を成膜する前に、層間絶縁膜12表面および配線15表面に、水素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理を行うことで、配線15の表面を還元クリーニングすることが報告されている(例えば、特許文献1参照)。   Thereafter, a diffusion prevention film 16 made of silicon oxynitride (SiON) is formed on the interlayer insulation film 12 including the wiring 15. Before this diffusion prevention film 16 is formed, the surface of the interlayer insulation film 12 and It has been reported that the surface of the wiring 15 is reduced and cleaned by performing hydrogen plasma treatment or ammonia plasma treatment on the surface of the wiring 15 (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−110679号公報JP 2002-110679 A

このような水素プラズマ処理の条件の一例としては、高周波(RF)電力を250W、処理雰囲気の圧力を約530Pa、基板温度を350℃、水素ガス流量を600cm3/minに設定して行われる。 As an example of the conditions for such a hydrogen plasma treatment, the radio frequency (RF) power is set to 250 W, the pressure of the treatment atmosphere is set to about 530 Pa, the substrate temperature is set to 350 ° C., and the hydrogen gas flow rate is set to 600 cm 3 / min.

また、図4(a)に示す配線構造では、保護膜12bがCMPのストッパーとして機能するが、この保護膜12bは通常酸化シリコンで形成されている。そこで、90nm世代以降の多層配線構造において、配線間容量および層間容量をより低減させるために、層間絶縁膜12の誘電率をさらに低くすることが試みられている。すなわち、図4(b)に示すように、CMP耐性の高い低誘電率膜12cを層間絶縁膜12として用い、低誘電率膜12c上に拡散防止膜16が形成される構成についても検討されている。   In the wiring structure shown in FIG. 4A, the protective film 12b functions as a CMP stopper, but this protective film 12b is usually formed of silicon oxide. In order to further reduce the inter-wiring capacitance and the interlayer capacitance in the multilayer wiring structure of the 90 nm generation and beyond, attempts have been made to further lower the dielectric constant of the interlayer insulating film 12. That is, as shown in FIG. 4B, a configuration in which the low dielectric constant film 12c having high CMP resistance is used as the interlayer insulating film 12 and the diffusion prevention film 16 is formed on the low dielectric constant film 12c has been studied. Yes.

しかし、上述したように、層間絶縁膜12表面および配線15表面に、水素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理を行うことで、配線15の表面を還元クリーニングする場合には、中性ラジカルだけでなく、エネルギーの高いイオンも存在し、かつ電子温度も高くなる。このため、層間絶縁膜12表面および配線15表面がイオンや高温の電子により損傷を受け易い。   However, as described above, when the surface of the wiring 15 is reduced and cleaned by performing hydrogen plasma treatment or ammonia plasma treatment on the surface of the interlayer insulating film 12 and the wiring 15, not only neutral radicals but also energy Ions are also present and the electron temperature is high. For this reason, the surface of the interlayer insulating film 12 and the surface of the wiring 15 are easily damaged by ions and high-temperature electrons.

特に、図4(b)を用いて説明したような、低誘電率膜12cで層間絶縁膜12が構成されている場合には、低誘電率膜12cが露出された状態でプラズマ処理が行われるが、低誘電率膜12cは、酸化シリコンと比較して膜密度が粗であり、熱耐性も低いため、その表面に、イオンや高温の電子による損傷(図中のD部分)を受け易い傾向があった。これにより、低誘電率膜12cの表面が変質することによる誘電率の上昇、配線間リーク電流の増加、配線間TDDB(Time Dependence on Dielectric Breakdown)等の配線間耐電圧性の低下を招いていた。また、配線15の表面がイオンや高温の電子による損傷を受けることで、エレクトロマイグレーション耐性が劣化する傾向があった。   In particular, when the interlayer insulating film 12 is formed of the low dielectric constant film 12c as described with reference to FIG. 4B, the plasma processing is performed with the low dielectric constant film 12c exposed. However, the low dielectric constant film 12c has a coarser film density and lower heat resistance than silicon oxide, and therefore its surface tends to be easily damaged by ions and high-temperature electrons (D portion in the figure). was there. As a result, the dielectric constant increases due to the change in the surface of the low dielectric constant film 12c, the leakage current between wirings increases, and the inter-wiring voltage resistance such as TDDB (Time Dependence on Dielectric Breakdown) between wirings decreases. . In addition, the electromigration resistance tends to deteriorate due to the surface of the wiring 15 being damaged by ions or high-temperature electrons.

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に、絶縁膜と、この絶縁膜の表面と略同一面に露出された導電層とが設けられた状態で、絶縁膜の表面および導電層の表面に、中性ラジカルを用いた処理を行うことを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes an insulating film and an insulating film provided on a substrate and a conductive layer exposed substantially on the same surface as the insulating film. The surface of the film and the surface of the conductive layer are characterized by performing treatment using neutral radicals.

このような半導体装置の製造方法によれば、基板の表面に、中性ラジカルを用いた処理を行うことから、従来行われてきた、プラズマ処理を行う場合と比較して、エネルギーの高いイオンや高温の電子による絶縁膜表面および導電層表面の損傷が抑制された状態で、導電層の表面の還元クリーニングが行われる。これにより、絶縁膜が、酸化シリコンよりも膜密度の粗な、熱耐性の低い低誘電率膜で形成されている場合であっても、絶縁膜表面の損傷が抑制される。   According to such a method for manufacturing a semiconductor device, since the surface of the substrate is subjected to a treatment using neutral radicals, ions having a higher energy than those in the conventional plasma treatment are performed. The reduction cleaning of the surface of the conductive layer is performed in a state where damage to the surface of the insulating film and the surface of the conductive layer due to high-temperature electrons is suppressed. Thereby, even when the insulating film is formed of a low dielectric constant film having a lower film density than that of silicon oxide, damage to the surface of the insulating film is suppressed.

以上、説明したように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、イオンや高温の電子による絶縁膜表面の損傷が抑制される。このため、絶縁膜の変質による誘電率の上昇を防ぎ、配線間リーク電流の増加や、配線間耐電圧性の低下を抑制することができる。また、絶縁膜表面の損傷が抑制されるため、損傷を受け易い構造の低誘電率膜により絶縁膜を形成することが可能となる。これにより、配線間容量および層間容量をさらに低減させることが可能となる。また、イオンや高温の電子による配線表面の損傷も抑制されるため、エレクトロマイグレーション耐性も向上させることができる。   As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, damage to the surface of the insulating film due to ions or high-temperature electrons is suppressed. For this reason, it is possible to prevent an increase in dielectric constant due to alteration of the insulating film, and to suppress an increase in leakage current between wirings and a decrease in withstand voltage between wirings. In addition, since damage to the surface of the insulating film is suppressed, it is possible to form the insulating film with a low dielectric constant film having a structure that is easily damaged. Thereby, it is possible to further reduce the inter-wiring capacitance and the interlayer capacitance. In addition, since damage to the wiring surface due to ions and high-temperature electrons is suppressed, electromigration resistance can be improved.

したがって、配線信頼性を向上させるとともに配線間容量および層間容量を低減することができることから、高性能なCMOSデバイスが実現可能であり、コンピュータ、ゲーム機、モバイル商品等の性能を著しく向上させることができる。   Therefore, since the wiring reliability can be improved and the wiring capacitance and interlayer capacitance can be reduced, a high-performance CMOS device can be realized, and the performance of computers, game machines, mobile products, etc. can be significantly improved. it can.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の半導体装置に係わる実施の形態の一例を、図1の製造工程断面図によって説明する。本実施形態では、デュアルダマシン法を用いたCuからなる配線構造の形成方法について説明する。   An example of an embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to a manufacturing process sectional view of FIG. In the present embodiment, a method for forming a wiring structure made of Cu using a dual damascene method will be described.

図1(a)に示すように、トランジスタ等の半導体素子が形成された基板21上に、第1の層間絶縁膜22を成膜し、第1の層間絶縁膜22上に、第2の層間絶縁膜23を成膜する。ここで、第1の層間絶縁膜22および第2の層間絶縁膜23は、酸化シリコンより誘電率の低い材料膜(低誘電率膜)で形成されることとする。具体的には、第1の層間絶縁膜22は、例えば塗布法により、MSQで形成されることとし、第2の層間絶縁膜23は、例えば塗布法により、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane(HSQ))で形成されることとする。なお、ここでは、第1の層間絶縁膜22と第2の層間絶縁膜23は異なる材料により形成することとするが、同一の材料により形成してもよい。   As shown in FIG. 1A, a first interlayer insulating film 22 is formed on a substrate 21 on which a semiconductor element such as a transistor is formed, and a second interlayer is formed on the first interlayer insulating film 22. An insulating film 23 is formed. Here, the first interlayer insulating film 22 and the second interlayer insulating film 23 are formed of a material film (low dielectric constant film) having a dielectric constant lower than that of silicon oxide. Specifically, the first interlayer insulating film 22 is formed by MSQ, for example, by a coating method, and the second interlayer insulating film 23 is formed by, for example, a hydrogenated silsesquioxane, by a coating method. (HSQ)). Here, although the first interlayer insulating film 22 and the second interlayer insulating film 23 are formed of different materials, they may be formed of the same material.

ここで、第1の層間絶縁膜22および第2の層間絶縁膜23を形成する材料としては、従来から用いられている酸化シリコン(SiO2)を用いてもよいが、酸化シリコンよりも誘電率の低い低誘電率膜で形成することで、配線間容量および層間容量を低減させることが可能であるため、好ましい。 Here, as a material for forming the first interlayer insulating film 22 and the second interlayer insulating film 23, conventionally used silicon oxide (SiO 2 ) may be used, but the dielectric constant is higher than that of silicon oxide. By using a low dielectric constant film having a low thickness, it is possible to reduce inter-wiring capacitance and interlayer capacitance, which is preferable.

このような低誘電率膜としては、本実施形態で用いるMSQ、HSQの他に、酸炭化シリコン(SiOC)系材料、酸フッ化シリコン(SiOF)系材料、または、ポリアリルエーテル(PAE)、ポリイミド等の有機系材料膜があり、また、これら低誘電率膜の多孔質膜、酸化シリコンの多孔質膜等がある。これらは、単層膜で設けられてもよく、積層膜であってもよい。また、上述した酸化シリコンと低誘電率膜との積層構造であってもよい。   As such a low dielectric constant film, in addition to MSQ and HSQ used in the present embodiment, silicon oxycarbide (SiOC) -based material, silicon oxyfluoride (SiOF) -based material, or polyallyl ether (PAE), There are organic material films such as polyimide, porous films of these low dielectric constant films, and porous films of silicon oxide. These may be provided as a single layer film or may be a laminated film. Moreover, the laminated structure of the silicon oxide mentioned above and a low dielectric constant film | membrane may be sufficient.

特に、第2の層間絶縁膜23は、後工程において、第1の層間絶縁膜22および第2の層間絶縁膜23に設けられるビアホールおよびトレンチ内を導電性膜で埋め込み、この導電性膜をCMP法により研磨することから、CMP耐性の高い低誘電率膜で形成されることが好ましい。このような材料としては、本実施形態で用いるMSQ、HSQ以外に、SiOC系材料が挙げられる。ここで、SiOC系材料は例えば化学的気相成長(Chemical Vapor Deposition(CVD))法により成膜されることとする。   In particular, in the second interlayer insulating film 23, via holes and trenches provided in the first interlayer insulating film 22 and the second interlayer insulating film 23 are filled with a conductive film in a later step, and this conductive film is CMP-processed. Since it is polished by the method, it is preferably formed of a low dielectric constant film having high CMP resistance. Examples of such materials include SiOC-based materials other than MSQ and HSQ used in the present embodiment. Here, the SiOC-based material is formed by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method.

次に、通常のフォトリソグラフィー技術およびリアクティブイオンエッチング技術により、第1の層間絶縁膜22および第2の層間絶縁膜23に、基板21に達するビアホール24を形成した後、第2の層間絶縁膜23にビアホール24に連通するトレンチ25を形成する。なお、ここではビアホール24を先に形成する例について説明したが、最終的にデュアルダマシン構造を得られるのであれば、トレンチ25を先に形成してもよい。また、レジストマスクプロセスによりビアホール24とトレンチ25を形成してもよく、多層マスクプロセスにより形成してもよい。   Next, after a via hole 24 reaching the substrate 21 is formed in the first interlayer insulating film 22 and the second interlayer insulating film 23 by a normal photolithography technique and reactive ion etching technique, the second interlayer insulating film A trench 25 communicating with the via hole 24 is formed in 23. Although the example in which the via hole 24 is formed first has been described here, the trench 25 may be formed first if a dual damascene structure can be finally obtained. Further, the via hole 24 and the trench 25 may be formed by a resist mask process, or may be formed by a multilayer mask process.

次に、図1(b)に示すように、トレンチ25およびビアホール24の内壁を覆う状態で、第2の層間絶縁膜23上に、例えばタンタルからなるバリア膜26を成膜する。このバリア膜26は、後工程において、ビアホール24およびトレンチ25を埋め込むCuからなる導電層からの、第1の層間絶縁膜22および第2の層間絶縁膜23へのCuの拡散を防ぐものである。このような材料としては、上述したタンタル以外に、窒化タンタル、チタン、窒化チタンまたはこれらの積層膜からなることとする。このバリア膜26の成膜法は、物理的気相成長(Physical Vapor Deposition(PVD))法であってもCVD法であってもよい。   Next, as shown in FIG. 1B, a barrier film 26 made of, for example, tantalum is formed on the second interlayer insulating film 23 so as to cover the inner walls of the trench 25 and the via hole 24. This barrier film 26 prevents diffusion of Cu from the conductive layer made of Cu filling the via hole 24 and the trench 25 into the first interlayer insulating film 22 and the second interlayer insulating film 23 in a later step. . Such a material is made of tantalum nitride, titanium, titanium nitride, or a laminated film thereof in addition to the tantalum described above. The barrier film 26 may be formed by a physical vapor deposition (PVD) method or a CVD method.

次に、例えばPVD法により、バリア膜26が形成されたビアホール24およびトレンチ25の内壁を覆う状態で、Cuからなるシード層(図示省略)を成膜した後、例えばメッキ法により、ビアホール24およびトレンチ25を埋め込む状態で、バリア膜26上にCuからなる導電性膜(図示省略)を成膜する。その後、CMP法により、第2の層間絶縁膜23の表面が露出するまで、導電性膜、バリア膜26を研磨して除去することで、ビアホール24およびトレンチ25にCuからなるビア27および配線28をそれぞれ形成する。これにより、第2の層間絶縁膜23の表面と略同一面に配線28が露出された状態となる。そして、この配線28が請求項の導電層に相当する。   Next, after a seed layer (not shown) made of Cu is formed in a state of covering the via hole 24 in which the barrier film 26 is formed and the inner wall of the trench 25 by, for example, PVD method, the via hole 24 and A conductive film (not shown) made of Cu is formed on the barrier film 26 in a state where the trench 25 is embedded. Thereafter, the conductive film and the barrier film 26 are polished and removed by CMP until the surface of the second interlayer insulating film 23 is exposed, whereby the via hole 24 and the wiring 28 made of Cu are formed in the via hole 24 and the trench 25. Respectively. As a result, the wiring 28 is exposed on substantially the same plane as the surface of the second interlayer insulating film 23. The wiring 28 corresponds to the conductive layer of the claims.

ここで、Cuからなる配線28はその表面に酸化膜が形成され易いことから、この状態の基板21を処理基板Sとし、処理基板Sを処理装置に搬入して、第2の層間絶縁膜23の表面および配線28の表面に中性ラジカルを用いて処理を行う。この際、処理雰囲気中に、イオンが含まれない状態で処理を行う。また、電子は電子温度の低い状態であれば、処理雰囲気中に含まれていても構わない。   Here, since an oxide film is easily formed on the surface of the wiring 28 made of Cu, the substrate 21 in this state is used as the processing substrate S, the processing substrate S is carried into the processing apparatus, and the second interlayer insulating film 23 is loaded. The surface of the metal and the surface of the wiring 28 are treated using neutral radicals. At this time, the processing is performed in a state where ions are not included in the processing atmosphere. Further, electrons may be included in the processing atmosphere as long as the electron temperature is low.

ここで、このラジカル処理を行うための処理装置の一例を図2に示す。この図に示すように、処理装置30は、処理基板Sの表面に中性ラジカルにより処理を行う処理チャンバー31と、処理チャンバー31に中性ラジカルを供給するための供給管32と、処理チャンバー31からガスを排気するための排気管33とを備えている。   Here, an example of the processing apparatus for performing this radical processing is shown in FIG. As shown in this figure, the processing apparatus 30 includes a processing chamber 31 for processing the surface of the processing substrate S with neutral radicals, a supply pipe 32 for supplying neutral radicals to the processing chamber 31, and a processing chamber 31. And an exhaust pipe 33 for exhausting the gas.

処理チャンバー31は、排気管33から図示しない圧力調整機構によって、その内部環境を減圧可能に構成されていることとする。また、処理チャンバー31内には、例えばその底部に、処理基板Sを保持するための基板保持部材34が配置されている。そして、基板保持部材34には、温度調整機構(図示省略)が設けられており、基板保持部材34に保持された処理基板Sを加熱可能に構成されている。   The processing chamber 31 is configured to be able to depressurize the internal environment from the exhaust pipe 33 by a pressure adjusting mechanism (not shown). In the processing chamber 31, for example, a substrate holding member 34 for holding the processing substrate S is disposed at the bottom thereof. The substrate holding member 34 is provided with a temperature adjustment mechanism (not shown) so that the processing substrate S held on the substrate holding member 34 can be heated.

また、処理チャンバー31の例えば上方には、処理チャンバー31内に中性ラジカルを供給するための、供給管32の一端が接続されている。この供給管32の他端は、中性ラジカルの原料ガスが貯留されたガスボンベ(図示省略)に接続されている。そして、供給管32には、原料ガスから中性ラジカルを生成する配管状のラジカル生成部35が配置されている。   In addition, for example, above the processing chamber 31, one end of a supply pipe 32 for supplying neutral radicals into the processing chamber 31 is connected. The other end of the supply pipe 32 is connected to a gas cylinder (not shown) in which a neutral radical source gas is stored. The supply pipe 32 is provided with a pipe-like radical generator 35 that generates neutral radicals from the source gas.

このラジカル生成部35は、例えば供給管32の径よりも大きい径で設けられており、その内壁は、例えばタングステン等の金属からなる触媒体で覆われている。そして、このラジカル生成部35の周囲はヒーター(図示省略)で覆われており、内壁を覆う触媒体を加熱可能に構成されている。   The radical generator 35 is provided with a diameter larger than the diameter of the supply pipe 32, for example, and its inner wall is covered with a catalyst body made of a metal such as tungsten. And the circumference | surroundings of this radical production | generation part 35 are covered with the heater (illustration omitted), and it is comprised so that the catalyst body which covers an inner wall can be heated.

ここで、触媒体は、この触媒体が加熱された状態で原料ガスが接触すると、その触媒作用により原料の中性ラジカルが生成するものであり、このような触媒体としては、上述したタングステンの他に、白金、パラジウム、モリブデン、タンタル、バナジウム等の金属が用いられる。また、これらの中から複数の触媒体を用いてもよい。   Here, when the raw material gas comes into contact with the catalyst body in a heated state, the catalyst body generates neutral radicals of the raw material due to its catalytic action. In addition, metals such as platinum, palladium, molybdenum, tantalum, and vanadium are used. Moreover, you may use a some catalyst body from these.

これにより、ガスボンベから供給管32を介してラジカル生成部35内に導入された原料ガスは、ラジカル生成部35の内壁を覆う、加熱された状態の触媒体に接触することで、分解されて中性ラジカルとなり、供給管32を通って処理チャンバー31内に供給される。   As a result, the raw material gas introduced from the gas cylinder into the radical generator 35 via the supply pipe 32 is decomposed by contacting the heated catalyst body covering the inner wall of the radical generator 35. It becomes a radical and is supplied into the processing chamber 31 through the supply pipe 32.

このような処理装置30の処理チャンバー31内に処理基板Sを搬入し、基板保持部材34に保持した処理基板Sの表面に、ここでは、例えば水素ラジカル処理を行うこととする。この場合の処理条件の一例としては、処理チャンバー31の圧力を50Paとし、基板保持部材34の温度を200℃に設定する。ここでの基板保持部材34の温度は、背景技術で説明した水素プラズマ処理を行う場合よりも低い温度に設定される。   In this case, for example, hydrogen radical treatment is performed on the surface of the processing substrate S carried into the processing chamber 31 of the processing apparatus 30 and held on the substrate holding member 34. As an example of processing conditions in this case, the pressure of the processing chamber 31 is set to 50 Pa, and the temperature of the substrate holding member 34 is set to 200.degree. Here, the temperature of the substrate holding member 34 is set to a temperature lower than that in the case of performing the hydrogen plasma processing described in the background art.

また、供給管32の一端を水素ガスボンベに接続し、水素ガスの流量を150cm3/minに調整する。なお、ここでのガス流量は標準状態における体積流量を示すものとする。さらに、ラジカル生成部35の周囲に配置されたヒーターにより、タングステンからなる触媒体の温度を約1300℃に調整する。これにより、ラジカル生成部35に導入された水素ガスが触媒体と接触することで、水素ラジカルが生成し、供給管32から処理チャンバー31内に供給される。これにより、水素ラジカルを用いて、処理基板Sにおける第2の層間絶縁膜23の表面および配線28の表面に処理を行うことで、配線28表面の還元クリーニングが行われ、酸化膜が除去される。 Further, one end of the supply pipe 32 is connected to a hydrogen gas cylinder, and the flow rate of the hydrogen gas is adjusted to 150 cm 3 / min. In addition, the gas flow rate here shall show the volume flow rate in a standard state. Further, the temperature of the catalyst body made of tungsten is adjusted to about 1300 ° C. by a heater disposed around the radical generation unit 35. As a result, the hydrogen gas introduced into the radical generator 35 comes into contact with the catalyst body, whereby hydrogen radicals are generated and supplied into the processing chamber 31 from the supply pipe 32. Thus, the surface of the second interlayer insulating film 23 and the surface of the wiring 28 in the processing substrate S are processed using hydrogen radicals, whereby the surface of the wiring 28 is reduced and the oxide film is removed. .

ここでは、水素ラジカルにより処理を行うこととしたが、配線28の表面の還元クリーニングといった配線28表面の改質が可能な中性ラジカルを用いればよい。このような中性ラジカルとしては、アンモニアラジカルまたは窒素ラジカルがあり、これらを混合した状態で処理を行ってもよい。また、ここでは、水素ガスのみを供給したが、不活性ガスとの混合ガスを供給してもよい。このような不活性ガスとしては、ネオン、アルゴン等が挙げられる。この場合には、不活性ガスもラジカル生成部35に導入することで中性ラジカルとなり、これらのラジカルが含まれていてもよい。   Here, the treatment is performed with hydrogen radicals, but neutral radicals that can modify the surface of the wiring 28 such as reduction cleaning of the surface of the wiring 28 may be used. As such a neutral radical, there is an ammonia radical or a nitrogen radical, and the treatment may be performed in a mixed state. Although only hydrogen gas is supplied here, a mixed gas with an inert gas may be supplied. Examples of such an inert gas include neon and argon. In this case, an inert gas is also introduced into the radical generator 35 to form a neutral radical, and these radicals may be included.

また、上述した例では供給管32にラジカル生成部35が配置された例について説明したが、ラジカル生成部35は処理チャンバー31内に設けられていてもよい。ただし、この場合には、触媒体を高温加熱することから処理基板Sへの熱の影響を防ぐため、また、金属からなる触媒体からのコンタミネーションが処理基板Sに付着するのを防ぐため、処理チャンバー31内を遮蔽板等で区切り、基板保持部材34とは隔離された空間に設けられることとする。   In the above-described example, the example in which the radical generation unit 35 is disposed in the supply pipe 32 has been described. However, the radical generation unit 35 may be provided in the processing chamber 31. However, in this case, in order to prevent the influence of heat on the processing substrate S from heating the catalyst body at a high temperature, and in order to prevent contamination from the catalyst body made of metal from adhering to the processing substrate S, The inside of the processing chamber 31 is divided by a shielding plate or the like, and is provided in a space isolated from the substrate holding member 34.

このようにして、配線28表面を還元クリーニングした後、図3に示すように、配線28上を含む第2の層間絶縁膜23上に、例えば、窒化シリコン(SiN)または炭化シリコン(SiC)からなる拡散防止膜29を成膜する。ここでの成膜は、例えば図2に示す処理装置30を用いた、触媒CVD法により行うこととする。例えば、窒化シリコン(SiN)からなる拡散防止膜29を成膜する場合には、処理装置30の供給管32に、成膜ガスとなるモノシラン(SiH4)とアンモニア(NH3)を供給し、ラジカル生成部35で加熱された触媒体と接触させることで、成膜成分のラジカルを生成する。そして、供給管32から処理チャンバー31内に成膜成分のラジカルを供給し、基板保持部材34に保持された処理基板Sの配線28上を含む第2の層間絶縁膜23上に、拡散防止膜29を成膜する。この拡散防止膜29はCuからなるビア27および配線28からの上層へのCuの拡散を防止するものである。 After reducing and cleaning the surface of the wiring 28 in this way, as shown in FIG. 3, on the second interlayer insulating film 23 including the wiring 28, for example, silicon nitride (SiN) or silicon carbide (SiC) is used. A diffusion prevention film 29 is formed. The film formation here is performed by a catalytic CVD method using, for example, the processing apparatus 30 shown in FIG. For example, when the diffusion prevention film 29 made of silicon nitride (SiN) is formed, monosilane (SiH 4 ) and ammonia (NH 3 ) that are film formation gases are supplied to the supply pipe 32 of the processing apparatus 30. By bringing into contact with the catalyst body heated by the radical generator 35, radicals of the film forming components are generated. Then, radicals of film forming components are supplied from the supply pipe 32 into the processing chamber 31, and a diffusion preventing film is formed on the second interlayer insulating film 23 including the wiring 28 of the processing substrate S held by the substrate holding member 34. 29 is deposited. This diffusion prevention film 29 prevents Cu from diffusing from the via 27 and the wiring 28 made of Cu to the upper layer.

なお、ここでは、触媒CVD法により拡散防止膜29を成膜することとしたが、プラズマCVD法等、他の成膜方法で成膜してもよい。ただし、上述した触媒CVD法のような、プラズマを発生させない成膜方法により拡散防止膜29を成膜することで、プラズマ中のイオンや高温の電子による配線28表面および第2の層間絶縁膜23表面への損傷がさらに抑制されるため、好ましい。この後の工程は、上述したプロセスを繰り返すことにより、多層配線構造を形成する。   Here, the diffusion prevention film 29 is formed by the catalytic CVD method, but may be formed by another film forming method such as a plasma CVD method. However, by forming the diffusion prevention film 29 by a film forming method that does not generate plasma, such as the above-described catalytic CVD method, the surface of the wiring 28 and the second interlayer insulating film 23 by ions or high temperature electrons in the plasma. It is preferable because damage to the surface is further suppressed. In the subsequent steps, a multilayer wiring structure is formed by repeating the above-described process.

このような半導体装置の製造方法によれば、処理基板Sの配線28の表面および第2の層間絶縁膜23の表面に、水素ラジカルを用いて処理を行うことから、従来行われてきた、プラズマ処理を行う場合と比較して、配線28および第2の層間絶縁膜23の表面がイオンや高温の電子により損傷を受けることが防止されるとともに、Cuからなる配線28の表面を還元クリーニングすることができる。   According to such a method of manufacturing a semiconductor device, since the surface of the wiring 28 and the surface of the second interlayer insulating film 23 of the processing substrate S are processed using hydrogen radicals, plasma has been conventionally performed. Compared with the case where the treatment is performed, the surfaces of the wiring 28 and the second interlayer insulating film 23 are prevented from being damaged by ions or high-temperature electrons, and the surface of the wiring 28 made of Cu is reduced and cleaned. Can do.

これにより、低誘電率膜からなる第2の層間絶縁膜23の変質による誘電率の上昇を防ぎ、配線間リーク電流の増加や、配線間耐電圧性の低下を抑制することができる。また、第2の層間絶縁膜23表面の損傷が抑制されるため、損傷を受け易い構造の低誘電率膜により層間絶縁膜を形成することが可能となることから、配線間容量および層間容量をさらに低減させることが可能となる。また、イオンや高温の電子による配線28表面の損傷も抑制されるため、エレクトロマイグレーション耐性も向上させることができる。   As a result, an increase in dielectric constant due to the alteration of the second interlayer insulating film 23 made of a low dielectric constant film can be prevented, and an increase in inter-wiring leakage current and a decrease in inter-wiring voltage resistance can be suppressed. Further, since the damage on the surface of the second interlayer insulating film 23 is suppressed, the interlayer insulating film can be formed with a low dielectric constant film having a structure susceptible to damage. Further reduction is possible. In addition, since damage to the surface of the wiring 28 due to ions and high-temperature electrons is suppressed, electromigration resistance can be improved.

したがって、配線信頼性を向上させることができることから、高性能なCMOSデバイスが実現可能であり、コンピュータ、ゲーム機、モバイル商品等の性能を著しく向上させることができる。   Therefore, since the wiring reliability can be improved, a high-performance CMOS device can be realized, and the performance of computers, game machines, mobile products and the like can be significantly improved.

また、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、プラズマ処理を行う場合と比較して、基板保持部材34の温度を低く設定することができるため、第1の層間絶縁膜22および第2の層間絶縁膜23の熱による変質も抑制することができる。   In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, the temperature of the substrate holding member 34 can be set lower than in the case of performing the plasma processing, and therefore the first interlayer insulating film 22 and the second interlayer insulating film 22 can be set. The deterioration of the interlayer insulating film 23 due to heat can also be suppressed.

なお、ここでは、ビア27および配線28がCuからなる場合について説明したが、本発明は特に限定されず、Cuを含む導電性材料、または、Cu以外であっても例えば銀(Ag)等の、表面に酸化膜の形成され易い導電性材料に適用可能である。   Here, the case where the via 27 and the wiring 28 are made of Cu has been described. However, the present invention is not particularly limited, and a conductive material containing Cu or a material other than Cu, such as silver (Ag), can be used. The present invention can be applied to a conductive material in which an oxide film is easily formed on the surface.

また、本実施形態では、中性ラジカルの原料ガスを触媒体に接触させることで中性ラジカルを生成し、イオンや電子を含まない状態で、処理基板S表面の処理を行うこととしたが、本発明はこれに限定されず、例えば発生させたプラズマからイオンや高温の電子を除去し、処理基板Sの表面をラジカル成分により処理してもよい。この場合には、例えばラジカルがイオンや電子と比較して寿命が長いことを利用し、発生させたプラズマと処理基板Sとの距離をイオンや電子が届かない距離としてもよい。   Further, in the present embodiment, neutral radicals are generated by bringing a neutral radical source gas into contact with the catalyst body, and the surface of the processing substrate S is processed in a state that does not include ions and electrons. The present invention is not limited to this. For example, ions or high-temperature electrons may be removed from the generated plasma, and the surface of the processing substrate S may be processed with a radical component. In this case, for example, using the fact that radicals have a longer lifetime than ions and electrons, the distance between the generated plasma and the processing substrate S may be a distance from which ions and electrons do not reach.

さらに、本実施形態ではデュアルダマシン法によりCu配線構造を形成した例について説明したが、背景技術で説明したように、シングルダマシン法により配線またはビアを形成した後、その上層に拡散防止膜を成膜する前に表面処理を行う場合にも、本発明は適用可能である。さらに、ダマシン法のような埋め込み配線法ではなく、基板上に導電層をパターン形成した後、この導電層を覆う状態で基板上に絶縁膜を成膜し、導電層の表面が露出するまで、絶縁膜を除去する方法により形成された配線構造上に、拡散防止膜を成膜する前処理としても、本発明は適用可能である。   Furthermore, in this embodiment, an example in which the Cu wiring structure is formed by the dual damascene method has been described. However, as described in the background art, after forming the wiring or via by the single damascene method, a diffusion prevention film is formed on the upper layer. The present invention is also applicable when surface treatment is performed before film formation. Furthermore, instead of the embedded wiring method such as the damascene method, after patterning the conductive layer on the substrate, an insulating film is formed on the substrate in a state of covering the conductive layer until the surface of the conductive layer is exposed. The present invention can also be applied as a pretreatment for forming a diffusion prevention film on the wiring structure formed by the method of removing the insulating film.

本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施形態を説明するための製造工程断面図(その1)である。FIG. 6 is a manufacturing process cross-sectional view (No. 1) for describing the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method of the present invention; 本発明の半導体装置の製造方法に用いる処理装置を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the processing apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施形態を説明するための製造工程断面図(その2)である。FIG. 6 is a manufacturing process sectional view (No. 2) for describing the first embodiment of the manufacturing method of the semiconductor device of the invention; 従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

21…基板、22…第1の層間絶縁膜、23…第2の層間絶縁膜、24…ビアホール、25…トレンチ、27…ビア、28…配線、29…拡散防止膜、S…処理基板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Board | substrate, 22 ... 1st interlayer insulation film, 23 ... 2nd interlayer insulation film, 24 ... Via hole, 25 ... Trench, 27 ... Via, 28 ... Wiring, 29 ... Diffusion prevention film, S ... Processing board | substrate

Claims (6)

基板上に、絶縁膜と、当該絶縁膜の表面と略同一面に露出された導電層とが設けられた状態で、前記絶縁膜の表面および前記導電層の表面に、中性ラジカルを用いた処理を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Neutral radicals were used on the surface of the insulating film and the surface of the conductive layer in a state where the insulating film and the conductive layer exposed substantially on the same surface as the surface of the insulating film were provided on the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising performing a process.
前記中性ラジカルは、当該中性ラジカルの原料ガスを触媒体に接触させて生成したものである
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the neutral radical is generated by bringing a source gas of the neutral radical into contact with a catalyst body.
前記中性ラジカルは、水素ラジカル、アンモニアラジカル、窒素ラジカルである
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the neutral radical is a hydrogen radical, an ammonia radical, or a nitrogen radical.
前記導電層は、銅を含む材料で形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive layer is formed of a material containing copper.
前記絶縁膜は、酸化シリコンよりも低い誘電率を有する材料で形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is made of a material having a dielectric constant lower than that of silicon oxide.
前記絶縁膜は、メチルシルセスキオキサン、水素化シルセスキオキサンおよび酸炭化シリコン材料からなる群から選ばれた少なくとも一種で形成されている
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device according to claim 5, wherein the insulating film is formed of at least one selected from the group consisting of methyl silsesquioxane, hydrogenated silsesquioxane, and silicon oxycarbide material. Method.
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